Приложение. НЕЙРОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ
КОНЦЕПЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОСТИ
3.
Оптимальная частота генерации разрядов
Разряд в нейроне есть событие вероятностное: возбудимость
нейрона l0~1/П0 соответствует вероятности возникновения одного
разряда в единицу времени. Кроме Q, на l0 влияют и другие факторы,
в результате чего может оказаться, что l0>>1 и нейрон станет пороговым элементом.
Условия генерации разрядов удобно рассматривать на графике зависимости
динамического порога нейрона Пd от времени t, прошедшего после последнего разряда.
Зависимость Пd(t)
известна в нейрофизиологии и изображена на рис.П4.
Рис.П4. Зависимость быстрой компоненты
порога нейрона Пd от времени t,
прошедшего после последнего разряда
Значения Пd изменяются в очень
широких пределах на очень малом интервале времени, в течение которого
значения других факторов, влияющих на возбудимость нейрона, практически
не меняются, поэтому второй и последующие разряды в серии разрядов
можно рассматривать как пороговые события. Разряд происходит при
выполнении условия W>=П0+Пs+Пd, где W - возбуждающий потенциал, являющийся
результатом пространственно-временной суммации воздействий на нейрон по
возбуждающим и тормозным связям, а Пs -
статический порог, в котором учитывается влияние предшествующих
разрядов. Если потенциал W равен небольшой величине W1,
то после первого случайного разряда нейрон начнет генерировать разряды
с интервалом t1, т.е.
будет генерировать на низкой частоте (НЧ) 1/t1 в режиме экзальтации. При большом потенциале W2 нейрон будет генерировать на высокой частоте (ВЧ) 1/t2 в режиме глубокой
рефрактерности. Поскольку каждый разряд снижает возраст нейрона, то в
зависимости от того, при каком значении t
происходит разряд, разной будет энергетическая цена снижения возраста.
Ранее нами было показано, что существует некоторое время topt, при котором
энергетическая цена минимальна.
Рис.П5. Оптимальная частота генерации
нейрона nopt=1/topt
Параметры модели могут быть подобраны таким образом, чтобы
значение topt
находилось в области глубокой рефрактерности (рис.П5) с целью создания
условий для самоорганизации автомата: наиболее естественный и легкий
режим генерации в фазе экзальтации энергетически невыгоден, в то же
время нейрон не может самостоятельно достичь частоты генерации nopt=1/topt и поэтому должен взаимодействовать с другими
нейронами. Стремление к генерации на оптимальной частоте обеспечивается
оптимальным обучающим правилом, идея которого
выражается формулой: Drij=ni(nopt - nj),
где rij -
проводимость возбуждающей связи от i-того к j-тому нейрону.
Для целостности концепции важно, что у нейрона, кроме
генерации с частотой nopt,
имеется еще один энергетически выгодный режим работы: случайные разряды
с интервалами, много большими, чем время tmax, соответствующее минимуму Пd.